Озоновая защита живого: проблема сохранения и возможность восстановления.

Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ» 

Институт            Информационных систем управления 

Кафедра                    Прикладной математики 

Дисциплина               «Экология»  
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 
 

Озоновая  защита живого: проблема сохранения и возможность  восстановления. 
 
 

Выполнил(а)         Свиридова Евгения     

                               

Форма обучения:    дневная 

Группа:                     ПМ-2-1 
 

Принял:       профессор   В.В. Рево                    _________________

                                                                                        (подпись) 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2009 год

Оглавление

Введение…………………………………………………………………....3 

Что такое озон? ………………………………...……….………………….5

Причины ослабления озонового щита ……...………………..………......8 

Методы по защите озонового слоя ...………………………………..…...10 

Заключение ……………………….....................................................….…11 

Список использованной литературы …………………………………....12  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    На сегодняшний день проблема озоновой защиты беспокоит очень многих. И интерес к этой проблеме понятен, ведь речь идёт о будущем человечества. Ведь изменения в озоновом слое могут привести к изменению климата на планете в худшую сторону, поднимется уровень мирового океана, возрастёт количество раковых заболеваний из-за увеличения ультрафиолетового излучения Солнца, достигающего поверхности планеты.  К сожалению опасения людей, об изменении озонового слоя не беспочвенны. Впервые об опасности разрушения озонового слоя Земли начали говорить ещё в 70-е годы. Но тогда мало действий было предпринято, чтобы нейтрализовать эту угрозу. Если бы в те годы ввели эффективные методы по предотвращению этой угрозы, то в наше время это проблема не была бы так актуальна. В первую очередь это связано с экономическими интересами. Ведь к разрушению озонового слоя приводят различные химические вещества. Такие как фреоны, использующиеся в холодильной промышленности и в аэрозолях. Окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах и в камерах сгорания реактивных самолётов и ракет. Причём последнее особенно вредно, ведь на больших высотах окислы азота живут очень долго. Применение большого количества минеральных удобрений тоже вредит озоновому слою. Дымовые газы электростанций вырабатывают миллионы тонн закиси азота в год.

    Таким образом, большая часть воздействия  на озоновый слой планеты связана  с хозяйственной деятельностью  человечества. Поэтому быстрого изменения  ситуации ждать не стоит. Ведь человечество не может отказаться от использования минеральных удобрений или быстро перейти на новые технологии производства.

    О нарушении озонового слоя свидетельствовали  озоновые дыры, появлявшиеся над Антарктикой. Там, благодаря особой циркуляции воздуха в атмосфере в зимние и весенние месяцы, присутствующие в стратосфере химические вещества, такие как хлор, фтор, азот, метан и др., преобразуются в активные, которые быстро разрушают озон. Измерения показали, что в такие периоды концентрация окиси хлора в 100-500 раз больше чем в средних широтах. То есть вредные вещества, которые попадают в атмосферу, переносятся движением воздуха на все широты, но только в Антарктике в конце зимы и весной, благодаря особым природным условиям, они эффективно разрушают стратосферный озон. Но это не значит что проблема озоновой дыры в Антарктике региональная, а не глобальная. 

        Весь озон на планете находится как бы в сообщающихся сосудах, в некоторых районах он образуется регулярно, где-то он живёт годы, а где-то секунды. Соответственно если он исчезнет без компенсации в одном месте, то общий объём озона в мире уменьшится. Но в нашем техногенном мире перекись азота, поступающая в приземной воздух больших городов в составе автомобильных выхлопных газов, реагирует при ультрафиолетовом облучении с ненасыщенным углеводородом, тем самым формируя в больших городах озоновый смог. В приземном слое воздуха озон не только образуется, но и разлагается. Разложение происходит за счёт растений, животных и промышленных выбросов. 
 
 
 
 
 
 
 

Что такое озон?

    В принципе озон это разновидность  кислорода. Молекула озона состоит  из трёх атомов кислорода, а молекулярный кислород состоит из двух атомов. Благодаря  этому свойства трёхатомной молекулы озона принципиально отличаются от двухатомной молекулы молекулярного  кислорода. Озон остаётся газом до температуры  –111,9 гр. С. При понижении температуры  он переходит в жидкость тёмно-синего света. Если температуры опустить до –192,7 гр. С., То жидкость превратится  в тёмно-фиолетовые  кристаллы.

    Озон  был открыт в 1839 году немецким химиком  Шенбейном, а в 1873г. его обнаружили в приземной атмосфере. Затем  путём анализа характеристик  ультрафиолетового излучения Солнца, приходящего к земной поверхности. Спустя 8 лет английский химик Гартли обнаружил озон в верхних слоях атмосферы.

    Главной функцией озона является защита человека и всей биосферы планеты от жёсткого ультрафиолетового излучения с  длинами волн от 250 до 320 нм. Если бы этого  не происходило то, учитывая способность нуклеиновых кислот поглощать излучение ниже 280 нм, происходило бы их разрушение. Но озоновый слой не полностью поглощает этот спектр, часть его, которая доходит до организма поглощается белками. Тем самым они выступают в роли предохранителя для организма. Прежде всего, ультрафиолетовое излучение воздействует на живые организмы, повреждая хранилища клеточной информации, то есть ДНК. Если они нарушены, то это препятствует восстановлению и копированию данных биосистем. Установлено, что насколько сильно было действие ультрафиолетового излучения, он может либо просто загореть, либо получить солнечный ожог, либо даже заболеть не злокачественными типами рака кожи (базально-клеточный и чешуйчато-клеточный рак) и меланомой (рак кожи). Это же излучение при облучении глаз может вызвать повреждение роговицы (фотокерактит), катаракту и другие. Также это излучение может вызвать изменения в иммунной системе человека, подавляя его защитные функции. Самым опасным для здоровья считается излучение с длинами волн от 300 до 315 нм. Изменение озонового слоя коснулись даже растений и животных. Опыты показали, что если количество озона уменьшится на 25% то и их урожайность упадёт на столько же.

    Есть  версии более глобальные и оттого более страшные. Так, например,  была высказана версия, что разрушение озонового слоя приведёт к усилению ионизации воздуха, это увеличит электрический потенциал земли и может привести к тому, что земля сойдёт со своей орбиты по направлению к Солнцу. 

    Но  у озона есть ещё одно неприятное свойство, он является сильнодействующим  ядом. Его токсичность даже выше чем у синильной кислоты. Особую опасность для людей представляют, озоновые смоги, они могут быть опасными для жизни. Их образование происходит из выхлопных автомобильных газов, а точнее, из-за содержащийся в них  перекиси азота. Если её не очень мало, то при облучении солнечным ультрафиолетом перекись азота вступает в реакции  с ненасыщенным углеводородом и  образует озон.

    Общая схема движения озона выглядит примерно так. В стратосфере озон образуется с участием атомного кислорода. В  стратосфере атомного кислорода  очень мало по сравнению с озоном. Атомный кислород образуется под  действием солнечного излучения. Как  только с заходом Солнца солнечное  излучение исчезает, образование  атомного кислорода прекращается. Тот  атомный кислород, который был  образован до этого момента, идёт на создание озона. Ночью пока нет  солнечного излучения, разрушение озона  не происходит. Исчезает здесь озон в различных реакциях с химическими  соединениями и под действием  солнечного излучения.  Поскольку  в атмосфере от 100 км и до поверхности  земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакцию с озоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались на земле, в её приземном слое, а затем из-за перемешивания были подняты в атмосферу. Для того чтобы слой оставался неизменным, должен существовать баланс между количеством образующегося озона и озоном, который разрушается.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Причины ослабления озонового  щита

    Озоновый  слой защищает жизнь на Земле от вредного ультрафиолетового излучения  Солнца. Обнаружено, что в течение  многих лет озоновый слой претерпевает небольшое, но постоянное ослабление над  некоторыми районами Земного шара, включая густонаселенные районы в средних широтах Северного полушария. Над Антарктикой обнаружена обширная "озоновая дыра".

        Разрушение озона происходит из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, некоторых газов: соединений азота, хлора и брома, фторхлоруглеродов (фреонов). Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали международное соглашение, предусматривающее сокращение производства озоноразрушающих веществ.

        Предполагается множество причин ослабления озонового щита.

        Во-первых, - это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Доказалось обратное: они существуют довольно долго.

        Во-вторых, самолеты. Особенно летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона. В городах он - один из составляющих фотохимического смога.

        В-третьих, это хлор и его соединения с кислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн) этого газа поступает в атмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Фреоны - это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а потому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями. Поскольку при их расширении снижается их температура, фреоны широко используют в холодильной промышленности.

           Каждый год количество фреонов в земной атмосфере увеличивается на 8-9%. Они постепенно поднимаются наверх, в стратосферу и под воздействием солнечных лучей становятся активными - вступают в фотохимические реакции, выделяя атомарный хлор. Каждая частица хлора способна разрушить сотни и тысячи молекул озона.

           9 февраля 2004 года на сайте Института Земли НАСА появилась новость о том, что учёные Гарвардского Университета нашли молекулу, разрушающую озон. Учёные назвали эту молекулу "димер одноокиси хлора", потому что она составлена из двух молекул одноокиси хлора. Димер существует только в особенно холодной стратосфере над полярными регионами, когда уровни одноокиси хлора относительно высоки. Эта молекула происходит из хлорфторуглеродов . Димер вызывает разрушение озона, поглощая солнечный свет и распадаясь на два атома хлора и молекулу кислорода. Свободные атомы хлора начинают взаимодействовать с молекулами озона, приводя к уменьшению его количества. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Методы по защите озонового слоя

            В марте 1985 года появилась Венская конвенция. Результатом, которой было подписание Монреальского протокола. Под ним подписались около 150 стран, Россия в то числе.  Основой его содержания было то, что человечество должно смириться с экономическими потерями ради дальнейшей жизни на земле. Его результатом было соглашение о постепенном выводе фреонов из промышленного оборота. Так в холодильных установках идёт процесс постепенного перехода на более дорогие фреоны, такие как фторуглеводороды (CHF₂CHF₂,CH₃CF₃), фторхлорметаны. Все они содержат хотя бы один атом водорода и поэтому разлагаются уже в нижней атмосфере. Время их жизни короче. Поэтому они менее опасны для озона. Но и у них есть свои слабые стороны. Если предыдущие фреоны нетоксичны в силу своей химической инертности, то этого нельзя сказать об их заменителях и продуктов их разложения. Но, к сожалению, если в западных странах промышленность уже давно стала использовать старые виды фреонов, то в России этот процесс идёт очень медленно. Для распыления жидкости из аэрозольных баллончиков можно использовать другие газы, такие как пропан или бутан. Правда, они горючи.

  Хорошим подспорьем в сохранении озонового слоя стало запрещение наземных атомных взрывов. Только при проведении подземных взрывов, всё равно какая-то часть окислов азота попадает в атмосферу. Эта мера будет действенна только после того, как все страны откажутся от проведения ядерных испытаний.

  В освоении космоса тоже наметились перемены. Так при запусках «шаттлов» их боковые ускорители отрегулированы таким образом, чтобы их мощность снижалась при прохождении озонового слоя.

  В самолётостроении новые конструкции  двигателей уменьшили образование  окислов азота.

Заключение

           Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить, что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу.

             Понимание взаимодействий между озоном и изменением климата, и предсказание последствий изменения требует громадных вычислительных мощностей, надежных наблюдений, и здравых диагностических способностей. Способности сообщества науки быстро развились за прошлые десятилетия, но все же некоторые фундаментальные механизмы работы атмосферы все еще не ясны. Успех будущего исследования зависит от общей стратегии, с реальным взаимодействием между наблюдениями ученых и математическими моделями.